代春香，田亞峰

(1.四川大學(xué) 錦城學(xué)院 機(jī)械工程系，四川 611731； 2.寧波海天精工有限公司，浙江 寧波 315800)

0 引 言

主軸是數(shù)控機(jī)床最關(guān)鍵的部件，對(duì)零件加工起著至關(guān)重要的作用，主軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)首先考慮的是其功能的實(shí)現(xiàn)，其次是加工及裝配的工藝性[1]。深孔加工是比較難以實(shí)現(xiàn)的，特別是有高精度要求且長(zhǎng)徑比超過(guò)10倍以上的深孔，對(duì)于這類(lèi)孔的加工，不僅主軸外圓和端面有很高的精度要求，內(nèi)孔也有較高的精度要求。筆者通過(guò)對(duì)主軸結(jié)構(gòu)關(guān)鍵位置的孔徑和孔深進(jìn)行改動(dòng)，并且使與其相配合的零件改動(dòng)量相對(duì)較小，從而解決了主軸部件工作中可能出現(xiàn)的失效問(wèn)題，使之達(dá)到良好的加工和裝配工藝性，具有提高機(jī)床主軸部件穩(wěn)定性和可靠性等價(jià)值。

1 機(jī)床主軸部件存在的問(wèn)題和原因分析

1.1 存在的問(wèn)題

龍門(mén)系列機(jī)床及臥式加工中心具有性能優(yōu)良、加工范圍廣、高精度、高可靠性和高剛度等特點(diǎn)，超高的機(jī)床精度也對(duì)各關(guān)鍵部件的精度提出極高的要求，而主軸作為數(shù)控機(jī)床中最為關(guān)鍵的部件，更是最為需要保證其各項(xiàng)精度。數(shù)控機(jī)床在幾十年的的發(fā)展歷程中，雖然已解決了很多疑難問(wèn)題，但也存在著一些問(wèn)題急待解決[2]。

機(jī)床主軸部件可能存在如下問(wèn)題，主軸內(nèi)孔加工后光潔度不夠，導(dǎo)致O型圈易割壞；O型圈割壞后導(dǎo)致碟簧進(jìn)水生銹，進(jìn)而失效；主軸各內(nèi)孔同軸度不好，導(dǎo)致整套拉刀機(jī)構(gòu)裝配后彎曲變形，影響拉刀力大小及在長(zhǎng)期使用過(guò)程中內(nèi)孔與外圓發(fā)生互研，使其功能失效，如圖1右測(cè)圓圈所示部位。

圖1 主軸拉刀機(jī)構(gòu)裝配示意圖1.拉爪 2.主軸 3.拉桿 4.套筒 5.碟簧 6.墊 7.鎖緊螺母 8.后端壓蓋

1.2 原因分析

常見(jiàn)機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，其主軸材料為20CrMo，熱處理方式是正火+滲碳淬火S0.9-C58。根據(jù)圖紙尺寸、加工精度要求和企業(yè)現(xiàn)有的加工設(shè)備等狀況，以圖3所示工藝路線來(lái)加工此主軸，主軸的前端內(nèi)孔?35及后端內(nèi)孔?52、?52.2分別如圖2的②及③、④所示進(jìn)行精加工。

圖2 機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)圖

圖3 滲碳主軸典型加工工藝路線

在精加工過(guò)程中就存在以下幾個(gè)問(wèn)題：①主軸外圓在此序加工內(nèi)孔時(shí)需2次裝夾，按外圓找正各項(xiàng)精度不會(huì)太高，跳動(dòng)在0.02以上，這易導(dǎo)致外圓跟內(nèi)孔、各內(nèi)孔之間的同軸度存在一定的誤差；②前端內(nèi)孔Φ35孔徑小，進(jìn)行半精車(chē)時(shí)振動(dòng)厲害，精鉸孔后刀痕清晰，裝配時(shí)易割壞O型圈，再則自制刀桿剛性差容易導(dǎo)致內(nèi)孔與外圓不同軸；③由于內(nèi)孔都由鉸刀精鉸而成，孔徑由鉸刀的尺寸控制，因此存在內(nèi)孔與拉桿配合間隙過(guò)大的問(wèn)題；④主軸外圓跟內(nèi)孔、各內(nèi)孔之間的同軸度差，易導(dǎo)致主軸裝配完后動(dòng)平衡差，影響精度及溫升[3]。綜上所述，一套主軸的拉刀機(jī)構(gòu)主要由拉爪、拉桿、套筒、碟簧、墊、鎖緊螺母等組成，詳見(jiàn)圖1，其中與主軸內(nèi)孔φ35H9、φ52H9及與后端壓蓋φ42H7處緊密配合，其本身存在同軸度相關(guān)問(wèn)題，且后端壓蓋與主軸外圓又緊密配合，必然導(dǎo)致與拉桿配合的三處孔φ35、φ52及φ42同軸度差，這就是為什么主軸內(nèi)孔φ52的直徑加工大，而裝配拉桿機(jī)構(gòu)時(shí)還存在憋勁和不順暢等困難，以及拉桿機(jī)構(gòu)在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，內(nèi)孔與外圓發(fā)生互研的原因。

2 解決措施

針對(duì)主軸內(nèi)孔加工出現(xiàn)的一系列問(wèn)題和對(duì)主軸拉刀機(jī)構(gòu)的分析[4]，及企業(yè)現(xiàn)有的設(shè)備加工能力，可以得出一些解決措施。在不影響使用功能的前提下，可對(duì)主軸結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。

首先，將圖2所示①處孔深縮短為270，將其所示②處孔改為φ42H7，修改后如圖4所示。在馬扎克進(jìn)行φ42H7孔半精車(chē)，在數(shù)控內(nèi)磨上加工φ43H7、φ42孔時(shí)，一起進(jìn)行磨削加工，這樣外圓找正精度高，跳動(dòng)在0.005左右。這樣即保證了主軸前端各內(nèi)孔之間及其與外圓的同軸度，又提高了φ42H7內(nèi)孔的表面光潔度，裝配時(shí)O型圈不易割壞，主軸密封性也較好，碟簧不易進(jìn)水、生銹和失效，在后繼跟進(jìn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)此效果良好。針對(duì)后端沒(méi)有壓蓋的主軸機(jī)構(gòu)，可以磨削主軸后端的內(nèi)孔，與前端內(nèi)孔φ42H7一起作為拉刀機(jī)構(gòu)部件的兩段定位孔。

圖4 機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)改善圖

3 數(shù)控系統(tǒng)測(cè)試結(jié)論

以上主軸結(jié)構(gòu)改動(dòng)較小，只是把φ35內(nèi)孔擴(kuò)大為φ42、且孔深縮短，φ52內(nèi)孔孔深加深了。與其配合的零件也不用進(jìn)行大的更改，只需更改拉桿的前端外圓直徑和長(zhǎng)度，及把套筒長(zhǎng)度加長(zhǎng)，其他零件都不用改動(dòng)。由此可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)改善的主軸結(jié)構(gòu)，既能滿足機(jī)床的使用功能要求，又具有良好的加工和裝配工藝性，不僅能解決以前經(jīng)常出現(xiàn)的一些問(wèn)題，而且提高了機(jī)床主軸部件的穩(wěn)定性、可靠性。這種改善后的結(jié)構(gòu)在理論上和實(shí)踐中證明都是可行的，應(yīng)該得到很好的推廣。